伴随“一带一路”、能源革命等国家战略的不断推进,我国油气管道建设高速发展,其面临的安全问题逐步凸显。其中由制造、安装以及服役环境等因素造成的管体裂纹缺陷对管道的安全运行带来了严峻挑战。因此,有必要开展含裂纹输气管道安全评定研究。现有标准对输气管道半椭圆裂纹安全评定参量的求解不仅复杂、繁琐,且安全评定时应求解裂纹前缘(0°～180°)哪一点的断裂参量也未明确,缺乏针对性和实用性;同时在对输气管道多裂纹进行安全评定时,当前采用包络合并准则,但包络合并准则忽略了裂纹间的相互干涉影响而使评定结果具有一定的保守性。针对以上不足,本文主要完成了以下工作:(1)介绍含裂纹输气管道安全评定理论,明确含裂纹输气管道失效准则以及安全评定所需基本参量。(2)含裂纹输气管道有限元模型建立及验证,包括基于3D-VCCT法三维表面裂纹建模和基于围线积分法(seam法)三维表面裂纹建模。为验证有限元模型的有效性,以《应力强度因子手册》提供的解析解为基准,在对比两种方法计算精度、计算效率以及建模难易程度的基础上,优选3D-VCCT法作为后续线弹性断裂分析的基础。(3)对含裂纹输气管道进行线弹性断裂分析,首先基于3D-VCCT法建立输气管道单裂纹有限元模型,分析各相关因素对应力强度因子K的影响规律,并在此基础上拟合出输气管道半椭圆裂纹应力强度因子K最大值计算公式;其次,建立输气管道多裂纹有限元模型,分析不同位置关系下附属裂纹对主裂纹的干涉影响,并据此确定出输气管道多裂纹“高危点”位置;同时在结合裂纹临界形状比研究的基础上,进一步提出输气管道多裂纹安全评定“最危点”的确定流程。(4)对含裂纹输气管道进行弹塑性断裂分析,基于弹塑性基本理论,采用seam法对安全评定参量J积分进行计算,通过设计正交试验,明确各参数对输气管道半椭圆裂纹弹塑性J积分的影响程度,并在此基础上拟合出一定条件下输气管道半椭圆裂纹J积分最大值计算公式;同时开展弹塑性条件下输气管道多裂纹干涉效应研究,并与线弹性条件下“高危点”位置、干涉效应大小相比较。(5)应用研究成果对工程实例进行分析,以“失效评估图(Failure Assessment Diagram,FAD)”和弹塑性J积分为失效判据,应用断裂参量K、J拟合公式以及多裂纹“最危点”确定流程完成了工程案例的安全评定。研究成果不仅能够为含裂纹输气管道的安全评定及管道完整性管理提供技术参考,同时还可为完善我国含裂纹输气管道安全评定方法提供理论支撑。